Conforto Termico em Ambientes de Trabalho, Trabalhos de Engenharia Ambiental

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CONFORTO TÉRMICO NOS AMBIENTES DE TRABALHO

Álvaro César Ruas

Conforto Térmico nos Ambientes

de Trabalho

Engenheiro Industrial Mecânico e de Segurança do Trabalho Pesquisador do Escritório de Representação de Campinas da Fundacentro

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO

N

o início da sua existência, o homem procurou a caverna para se abrigar do sol e da chuva. Intuitivamente, ele aprendia a proteger-se das agres- sões do meio. O organismo humano, por meio de um processo volutivo milenar, desenvol- veu uma série de mecanismos que permitem a sua adaptação ao meio com o objetivo de obter o bem-estar. O bem-estar do homem é um conceito amplo que engloba desde os fatores ne- cessários à manutenção da sua saúde física, até aqueles responsáveis pelo seu sen- timento de satisfação. Quando se trata de satisfação com as condições térmicas de um ambiente, en- tão está-se tratando do conforto térmico. A preocupação científica do homem com o seu conforto térmico é muito an- tiga, um exemplo disso é a obra "History and Art of Warming and Ventilation Rooms and Buildings", escrita por Walter Bernan e publicada em 1845. Nela o autor prevê que a criação e o controle de ambientes climáticos artificiais assumirão a dimensão de uma ciência que contribuirá para o desenvolvimento da humanidade, para a preservação da saúde e para a longevidade do ser hu- mano. Os primeiros esforços organizados para o estabelecimento de critérios de conforto térmico foram realizados no período de 1913 a 1923. Desde então esse tema tem sido estudado em diferentes partes do mundo, sendo que o

grande desafio era encontrar os fatores que influenciam na sensação térmica e como eles se relacionam. As pesquisas mais recentes, desenvolvidas no período de 1970 a 1986, comprovaram que o conforto térmico está estritamente relacionado com o equi- líbrio térmico do corpo humano e que esse equilíbrio é influenciado por fatores ambientais e pessoais. Assim, há ambientes em que as condições são favoráveis ao equilíbrio térmico do corpo humano e o homem sente-se bem dispos- to e há outros em que as condições são desfavoráveis, provocam indisposição, diminuem a sua eficiência no trabalho e aumentam a possibilidade da ocor- rência de acidentes. No Brasil, em virtude de haver predominância de climas quentes e úmidos, especial atenção deve ser dada à comprovada influência do desconforto tér- mico na disposição para o trabalho. Sob esse aspecto, convém ressaltar que as condições térmicas dos ambientes laborais não dependem só do clima, mas tam- bém do calor introduzido pelas atividades desenvolvidas e pelos equipamentos envolvidos nos processos, bem como pelas características construtivas do ambiente e a sua capacidade de manter condições internas adequadas no que se refere ao conforto térmico das pessoas. Sendo assim, é muito comum en- contrarem-se ambientes de trabalho com temperatura do ar muito superior à do ar exterior. Existem também os ambientes com ar condicionado que devem ser avalia- dos periodicamente de forma que as condições necessárias de qualidade do ar sejam asseguradas. É importante ressaltar que na qualidade do ar deve-se consi- derar não só a pureza, mas o conforto térmico das pessoas. Com base no fato de que a literatura nacional conta com reduzido número de publicações que tratam especificamente do conforto térmico nos ambien- tes de trabalho é que nos sentimos encorajados a escrever essa obra. Ela se baseou principalmente nos trabalhos publicados pelo pesquisador dinamar- quês Ole Fanger e pelos pesquisadores da ASHRAE - Associação Americana dos Engenheiros de Refrigeração, Ar Condicionado e Aquecimento. O objetivo deste trabalho é de trazer informações que permitam a avaliação das condições relativas ao conforto térmico existentes nos ambientes de traba- lho, a determinação do que seria adequado para cada local e atividade e o que pode ser feito para melhorar as condições existentes.

CONFORTO E BALAÇO TÉRMICO

DO CORPO HUMANO

N

o processo metabólico o homem produz energia interna a partir da trans- formação dos alimentos. Essa energia é consumida na manutenção das funções fisiológicas vitais, na realização de trabalhos mecânicos externos (ati- vidade muscular) e o restante é liberado na forma de calor. A produção de calor é contínua e aumenta com o esforço físico executado. A tabela 1 apresen- ta a energia produzida pelo metabolismo para distintas atividades. Nela os valores são dados na unidade Met: 1 Met = 58,2 W / m² ou 50 Kcal /m². h. Deve-se notar que a unidade Met representa a energia produzida no tempo por unidade de área superficial do corpo, sendo assim ela é variável com as caracterís- ticas físicas das pessoas. A área superficial do corpo pode ser estimada pela seguinte equação proposta por Du Bois¹:

AS = 0,202 • mc0,425^ • ac0,725^ (1)

onde:

As – Área superficial do corpo, m². mc – Massa do corpo, kg ac – Altura da pessoa, m

O corpo humano é um sistema termodinâmico que produz calor e interage termicamente com o meio que o circunda. Assim, as trocas entre o corpo humano e o ambiente podem, de forma simplificada, ser representadas pela seguinte equação:

Cmet + Cconv + Crad – Cev = ± Q (2)

onde:

Cmet - Parcela da energia metabólica transformada em calor (W/m²). Cconv - Calor trocado por convecção (W/m²). Crad - Calor trocado por radiação (W/m²). Cev - Calor perdido por evaporação do suor (W/m²). Q - Calor total trocado pelo corpo (W/m²).

Quando o valor de Q na equação (2) for igual a zero, o corpo estará em equilíbrio térmico, e a primeira condição para a obtenção do conforto térmico terá sido satisfeita. Essa condição é necessária, mas não suficiente, uma vez que o desconforto ocorre mesmo quando o equilíbrio térmico do organismo é mantido pelo sistema termorregulador. Na equação (2), é necessário ressaltar também que o fator Cmet, pode, de acordo com o princípio adotado na norma ISO 8996^14 , ser igualado a energia do metabolismo. Isso deve-se ao fato de que a maior parte da energia do meta- bolismo transforma-se em energia térmica e a parcela correspondente ao tra- balho mecânico pode ser geralmente negligenciada.

Tabela 1 Metabolismo para diferentes atividades

Fonte: Compilação das referências 1,14 e 22.

Fonte: Compilação das referências 1,14 e 22.

3.1 Trocas de Calor entre o Corpo e o Ambiente Como foi visto, no balanço térmico do corpo, o excedente de energia produzida no metabolismo é transformado em calor que tem de ser imediata- mente liberado para o meio, a fim de que a temperatura interna do corpo man- tenha-se constante. Basicamente são três os mecanismos de troca térmica do corpo humano com o ambiente: Convecção, Radiação e Evaporação.

3.1.1 Convecção O processo de remoção de calor por convecção ocorre quando o ar apre- senta temperatura inferior à do corpo e o corpo transfere calor pelo contato com o ar frio circundante. O aquecimento do ar provoca seu movimento ascensional. À medida que o ar quente sobe, o ar frio ocupa seu lugar, comple- tando-se, assim, o ciclo de convecção. Se a temperatura do ar for exatamente igual à temperatura da superfície do corpo, não haverá troca térmica por esse processo. Se a temperatura do ar for mais elevada do que a da superfície do corpo, o ar cederá calor para o corpo, invertendo-se o mecanismo.

3.1.2 Radiação Térmica É o processo pelo qual a energia radiante é transmitida da superfície quente para a fria por meio de ondas eletromagnéticas que, ao atingirem a superfície fria, transformam-se em calor. A energia radiante é emitida continuamente por todos os corpos que estão a uma temperatura superior a zero absoluto. Isso equivale dizer que uma pes- soa num ambiente está continuamente emitindo e recebendo energia radiante, e o diferencial entre a energia recebida e a emitida é que define se o corpo é aquecido ou resfriado por radiação. Dessa forma, se a temperatura das paredes de um ambiente for inferior à da pele de um homem, este perderá calor por radiação. Se as paredes estiverem mais quentes que a pele, a temperatura do corpo aumentará por efeito da radiação. A radiação térmica não depende do ar ou de qualquer outro meio para se propagar, e a quantidade de energia radiante emitida por um corpo depende de sua temperatura superficial.

3.1.3 Evaporação Quando as condições ambientais fazem com que as perdas de calor do corpo humano por convecção e radiação não sejam suficientes para regular a sua temperatura interna, o organismo intensifica a atividade das glândulas sudoríparas e perde calor pela evaporação da umidade (suor) que se forma na pele. A explicação é simples: simultaneamente à transpiração ocorre à evapo- ração do suor, esse é um fenômeno endotérmico, isto é, para ocorrer precisa de calor cedido pelo corpo. De forma simplificada, pode-se dizer que um líquido evaporando sobre uma superfície quente extrai calor dessa superfície, resfriando-a.